胰岛素的蛋白质结构
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胰岛素的蛋白质结构
Contents
Fra Baidu bibliotek
胰岛素 结构
一级结构 二级结构 三级结构
1.胰岛素一级结构
• 胰岛素一级结构是指A、B两条多肽链中氨基酸的排列顺序。
• 主要化学键: 肽键、二硫键。 • 胰岛素一级结构是空间结构和功能的基础，但不是唯一的
因素。
动物胰岛素
分类 人胰岛素
胰岛素类似物
不同种属动物的胰岛素功 能大体相同，成分稍有差 异（除A链的4、8、9、10位及
参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、
57°
C2位于同一平面，C1和C2在平面上所
处的位置为反式构型，此同一平面上的6
个原子构成了所谓的肽单元 (peptide
unit)----肽键平面 。
肽键平面的特点：
1、肽键具有半双键性质，不能自由旋转。 2、由于α-碳原子与其他原子之间均形成单键，因此两相邻的肽键平面可 以作相对旋转。
2-2 胰岛素二级结构的主要形式
• -螺旋 ( -helix ) • -折叠 ( -pleated sheet ) • -转角 ( -turn )
×无规卷曲 ( random coil )
36.09% 47.83% 16.08%
胰岛素的具体结构特点有：
A链中A12 A15为一个非标准的右手螺旋，其它氨基酸残基为不同伸展程 度的肽链构象； B链中B1-B6是伸展的折叠肽链。B8为Gly,肽链发生转折，B9-B19是右手 螺旋，B12-B23呈现U形转折（β 转角），B23–B27为一段伸展的β构 象。可见，在整个B链中，B9-B19螺旋段构成肽链的基本骨架结构。
（3）R侧链分布在螺旋的外侧。
2-2-2 -折叠
β- 折 叠 是 由
两条伸展的多肽 链靠氢键联结而 成的锯齿状片状 结构。
特点：
•伸展(2 C间的距离达0.325 nm )； •肽键平面之间折叠成锯齿状； • 瘦长/弯曲/桶状，两链同向（平行式）； • 在两链间形成氢键； • 侧链突出在折叠的上方或下方； • 强度大,有刚性。
The end
thank you!
猪胰岛素三维结构
胰岛素分子晶体由6个胰岛素分 子和2个Zn2+ 形成含锌胰岛素的 六聚体。 首先,2个胰岛素分子形成二聚 体,然后3个二聚体围绕三重轴 形成对称的排列,B链第10位 上 组氨酸的咪唑基与轴上的 Zn2+ 组成配位键。
从外观上看，胰岛素分子B链自 身卷曲，A链则从三面将B链包 住。 胰岛素晶体中锌的含量为 0.4%~0.5%。六聚体也是胰岛素 在细胞中的储存形式。
B链3、9、29、30位外，其他氨 基酸成分是相同的）。
2.胰岛素二级结构
• 胰岛素二级结构是指多肽链中某个肽段的主链骨架原子的 相对空间位置。
• 主链骨架原子包括N(H)，C(O)和相邻的2个-C 。 • 胰岛素二级结构的主要化学键是氢键。
2-1 肽单元或肽单位(peptide unit)
47°
某种胰岛素空间结构示意图
利用X衍射法观察猪胰岛素晶体，发现胰岛素分 子中的氨基酸残基明显集中为三个区：
• ①分子内核全部由疏水残基组成，包括分子中的大 部分支链氨基酸残基和A6、 A11、A20、B19四个半 胱氨酸残基；
• ②由B12缬、B16酪、B24苯、B25苯及其附近的一些 疏水性基团共同构成胰岛素分子表面的疏水区，这 可能是胰岛素与其靶细胞膜上受体结合的部位；
2-2-1 -螺旋
α-螺旋 (α－helix) 是多个肽键 平面通过α－C旋转，相互 之间紧密盘曲成稳固的右 手螺旋的构象形式。
R R
R
R R
R R
R R
螺旋的横截面
特征：
（1）右手螺旋，3.6aa/圈， 螺距0.54nm，肽键 平面与螺旋长轴平行。2 Cα 间距0.15nm。
（2）氢键是稳定的主要力量。每个肽键的N-H和 第四个肽键的C=O形成与长轴平行的氢键.
• ③主要由A链头尾部氨基酸组成分子表面的极性区， 可能是信息传导的活性部位。
胰岛素分子中可能与其受 体结合的一个表面
虚线包含部分为疏水区域， 周围分散着一些极性基团。
Summary
结构特点:
①由A、B两条肽链组成。 ②四个半胱氨酸（Cys）中的巯基形成两个二硫键，使A、B两链连接起来。 ③结晶由六个胰岛素分子组成三个二聚体，二聚体与两个 Zn2+ 结合形成复合物。
指的是多肽链在二级结构的基础上，主链构 象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形 成球状分子结构。
• 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空 间位置,即肽链中所有原子在三维空 间的排布。
• 天然结构/功能结构 • 主要的化学键:疏水键、离子键、氢
键和 Van der Waals力等次级键。
1969年,英国科学家Hodgkin用X射 线晶体学分析揭示了分辨率为1.9的 猪胰岛素的三维结构。
2-2-3 -转角
β-转角(β-turn)是多肽链180° 回折部分所形成的一种二级结构。
-转角
•回折部分由4个AA残基组成 • 1st AA-C=O与4thAA-N-H形成氢键 • 形似发夹 • 反向 •常见于反向平行末端
3.胰岛素三级结构
三级结构（tertiary structure）：
Contents
Fra Baidu bibliotek
胰岛素 结构
一级结构 二级结构 三级结构
1.胰岛素一级结构
• 胰岛素一级结构是指A、B两条多肽链中氨基酸的排列顺序。
• 主要化学键: 肽键、二硫键。 • 胰岛素一级结构是空间结构和功能的基础，但不是唯一的
因素。
动物胰岛素
分类 人胰岛素
胰岛素类似物
不同种属动物的胰岛素功 能大体相同，成分稍有差 异（除A链的4、8、9、10位及
参与肽键的6个原子C1、C、O、N、H、
57°
C2位于同一平面，C1和C2在平面上所
处的位置为反式构型，此同一平面上的6
个原子构成了所谓的肽单元 (peptide
unit)----肽键平面 。
肽键平面的特点：
1、肽键具有半双键性质，不能自由旋转。 2、由于α-碳原子与其他原子之间均形成单键，因此两相邻的肽键平面可 以作相对旋转。
2-2 胰岛素二级结构的主要形式
• -螺旋 ( -helix ) • -折叠 ( -pleated sheet ) • -转角 ( -turn )
×无规卷曲 ( random coil )
36.09% 47.83% 16.08%
胰岛素的具体结构特点有：
A链中A12 A15为一个非标准的右手螺旋，其它氨基酸残基为不同伸展程 度的肽链构象； B链中B1-B6是伸展的折叠肽链。B8为Gly,肽链发生转折，B9-B19是右手 螺旋，B12-B23呈现U形转折（β 转角），B23–B27为一段伸展的β构 象。可见，在整个B链中，B9-B19螺旋段构成肽链的基本骨架结构。
（3）R侧链分布在螺旋的外侧。
2-2-2 -折叠
β- 折 叠 是 由
两条伸展的多肽 链靠氢键联结而 成的锯齿状片状 结构。
特点：
•伸展(2 C间的距离达0.325 nm )； •肽键平面之间折叠成锯齿状； • 瘦长/弯曲/桶状，两链同向（平行式）； • 在两链间形成氢键； • 侧链突出在折叠的上方或下方； • 强度大,有刚性。
The end
thank you!
猪胰岛素三维结构
胰岛素分子晶体由6个胰岛素分 子和2个Zn2+ 形成含锌胰岛素的 六聚体。 首先,2个胰岛素分子形成二聚 体,然后3个二聚体围绕三重轴 形成对称的排列,B链第10位 上 组氨酸的咪唑基与轴上的 Zn2+ 组成配位键。
从外观上看，胰岛素分子B链自 身卷曲，A链则从三面将B链包 住。 胰岛素晶体中锌的含量为 0.4%~0.5%。六聚体也是胰岛素 在细胞中的储存形式。
B链3、9、29、30位外，其他氨 基酸成分是相同的）。
2.胰岛素二级结构
• 胰岛素二级结构是指多肽链中某个肽段的主链骨架原子的 相对空间位置。
• 主链骨架原子包括N(H)，C(O)和相邻的2个-C 。 • 胰岛素二级结构的主要化学键是氢键。
2-1 肽单元或肽单位(peptide unit)
47°
某种胰岛素空间结构示意图
利用X衍射法观察猪胰岛素晶体，发现胰岛素分 子中的氨基酸残基明显集中为三个区：
• ①分子内核全部由疏水残基组成，包括分子中的大 部分支链氨基酸残基和A6、 A11、A20、B19四个半 胱氨酸残基；
• ②由B12缬、B16酪、B24苯、B25苯及其附近的一些 疏水性基团共同构成胰岛素分子表面的疏水区，这 可能是胰岛素与其靶细胞膜上受体结合的部位；
2-2-1 -螺旋
α-螺旋 (α－helix) 是多个肽键 平面通过α－C旋转，相互 之间紧密盘曲成稳固的右 手螺旋的构象形式。
R R
R
R R
R R
R R
螺旋的横截面
特征：
（1）右手螺旋，3.6aa/圈， 螺距0.54nm，肽键 平面与螺旋长轴平行。2 Cα 间距0.15nm。
（2）氢键是稳定的主要力量。每个肽键的N-H和 第四个肽键的C=O形成与长轴平行的氢键.
• ③主要由A链头尾部氨基酸组成分子表面的极性区， 可能是信息传导的活性部位。
胰岛素分子中可能与其受 体结合的一个表面
虚线包含部分为疏水区域， 周围分散着一些极性基团。
Summary
结构特点:
①由A、B两条肽链组成。 ②四个半胱氨酸（Cys）中的巯基形成两个二硫键，使A、B两链连接起来。 ③结晶由六个胰岛素分子组成三个二聚体，二聚体与两个 Zn2+ 结合形成复合物。
指的是多肽链在二级结构的基础上，主链构 象和侧链构象相互作用，进一步盘曲折叠形 成球状分子结构。
• 整条肽链中全部氨基酸残基的相对空 间位置,即肽链中所有原子在三维空 间的排布。
• 天然结构/功能结构 • 主要的化学键:疏水键、离子键、氢
键和 Van der Waals力等次级键。
1969年,英国科学家Hodgkin用X射 线晶体学分析揭示了分辨率为1.9的 猪胰岛素的三维结构。
2-2-3 -转角
β-转角(β-turn)是多肽链180° 回折部分所形成的一种二级结构。
-转角
•回折部分由4个AA残基组成 • 1st AA-C=O与4thAA-N-H形成氢键 • 形似发夹 • 反向 •常见于反向平行末端
3.胰岛素三级结构
三级结构（tertiary structure）：